Le piante da sempre sono state fonte di nutrimento e cura per gli esseri viventi. Il loro duplice compito di produttori di sostanze nutritive e medicinali ha giocato un ruolo fondamentale nell’evoluzione (e co-evoluzione) degli organismi erbivori e onnivori.
I cosiddetti metaboliti secondari (o speciali) sono molecole con ruoli funzionali ben precisi, volti a difendere in primo luogo le piante dagli stress di natura abiotica (temperatura, luce, disponibilità di acqua, ecc.) e biotica (attacchi di erbivori, funghi, batteri e virus). La complessità delle strutture molecolari prodotte dalle piante è solo pari alla loro versatilità e biodiversità, mentre l’armonioso intrecciarsi delle vie biosintetiche e metaboliche offre un quadro perfetto della plasticità adattativa dei vegetali al mutare delle condizioni ambientali.
Questo libro è suddiviso in tre parti volte ad offrire al lettore un quadro generale, biochimico e biotecnologico delle molecole bioattive vegetali.
Nella prima parte vengono analizzati i concetti di biodiversità, sostenibilità e ruolo funzionale delle molecole bioattive, esplorando i siti di sintesi ed accumulo, le strategie adottate dalle piante per difendersi dagli stress e l’utilizzo delle molecole bioattive come integratori alimentari e come fonte per medicinali naturali per combattere le malattie. La prima parte si chiude con lo studio della chemiotassonomia, dove le molecole bioattive del metabolismo secondario giocano un ruolo fondamentale nei processi di identificazione delle specie vegetali.
Nella seconda parte si entra nel vivo della biochimica vegetale con la descrizione dettagliata delle principali vie biosintetiche che portano alla sintesi di composti aromatici (i fenoli e i flavonoidi) e terpeni (dalle sostanze volatili ai fitosteroli, alle molecole antiossidanti come i carotenoidi e l’astaxantina) per concludere con le vie biosintetiche che portano alla sintesi delle molecole bioattive più conosciute, gli alcaloidi, insieme alle sostanze contenenti azoto note come glucosinolati e glucosidi cianogeni. Un capitolo è dedicato anche alle oxilipine, fra le quali troviamo l’ormone acido giasmonico e i cosiddetti green leaf volatiles, sostanze tipiche delle reazioni delle piante al danno meccanico.
La terza ed ultima parte affronta il problema delle biotecnologie vegetali e della produzione di molecole bioattive con processi industriali sia in vivo che in vitro. Vengo descritte le principali tecniche quali le colture cellulari e di tessuti, le colture di radici e di germogli, con particolare attenzione alle molecole bioattive di interesse industriale. Oltre alla definizione di biotecnologie vegetali un capitolo dedicato affronta gli aspetti tecnologici descrivendo bioreattori, fotobioreattori e analizzando le principali criticità nella produzione in vitro di molecole bioattive. Il libro si conclude con un capitolo dedicato all’ingegneria genetica per la produzione di molecole bioattive, dove oltre alla definizione di piante transgeniche si affrontano i problemi etici, i rischi e i vantaggi dell’utilizzo del DNA ricombinante negli organismi geneticamente modificati (OGM), descrivendo gli esempi noti in letteratura sull’ingegnerizzazione di terpeni, composti fenolici e alcaloidi. Viene descritta l’agricoltura molecolare (molecular pharming), svelando le sue peculiarità e potenzialità, con esempi di molecole bioattive prodotte per curare malattie infettive e per migliorare la qualità della vita delle persone. Infine un paragrafo è dedicato ai problemi di sicurezza alimentare e alle considerazioni di tipo bioetico.
Ho scritto questo libro pensando agli studenti dei vari corsi di laurea e laurea magistrale delle scuole scientifiche universitarie, ma il linguaggio utilizzato (soprattutto nella prima e terza parte) è sufficientemente semplice da poter essere compreso da tutte le persone che si interessano di sostanze naturali.